俞麗萍

(上虞春暉中學(xué) 浙江 紹興 312300)

DIS是數(shù)字化信息系統(tǒng)的簡(jiǎn)稱，因?yàn)榫哂袑?shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)、測(cè)量精度高、微信號(hào)測(cè)量、自動(dòng)連續(xù)采集數(shù)據(jù)、智能處理數(shù)據(jù)等技術(shù)特征，在高中物理教學(xué)中得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，昭示其旺盛的生命力.

愛因斯坦曾說(shuō)過(guò)：“興趣是最好的老師”.學(xué)習(xí)興趣是推動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)最有效的內(nèi)部動(dòng)力.利用DIS實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣，對(duì)調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的積極性、主動(dòng)性及提高學(xué)生學(xué)習(xí)效果有重要的作用.在課堂上主要可以從利用DIS引發(fā)認(rèn)知沖突和利用DIS實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生操作興趣兩方面來(lái)激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣.

1 利用DIS實(shí)驗(yàn)引發(fā)認(rèn)知沖突

認(rèn)知沖突是概念改變過(guò)程的起點(diǎn).DIS實(shí)驗(yàn)可以使學(xué)生看到日常生活中看不到或根本不會(huì)去注意的問(wèn)題，呈現(xiàn)出認(rèn)知沖突的情景，與學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)中的知識(shí)相矛盾.現(xiàn)代心理學(xué)認(rèn)為，內(nèi)在動(dòng)機(jī)是學(xué)習(xí)最穩(wěn)定最重要的動(dòng)機(jī)，對(duì)學(xué)習(xí)有強(qiáng)大的推動(dòng)作用.利用認(rèn)知沖突，往往能引起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，激發(fā)學(xué)生的求知欲，使學(xué)生積極地參與到學(xué)習(xí)過(guò)程中來(lái).

實(shí)驗(yàn)案例1：摩擦生熱

實(shí)驗(yàn)背景：摩擦生熱是日常生活中一種比較常見的現(xiàn)象，木塊與木板之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生內(nèi)能是一個(gè)重要的物理模型.在教學(xué)的過(guò)程中，學(xué)生對(duì)這部分內(nèi)容掌握得不是很理想，對(duì)于木塊與木板之間相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)生熱的現(xiàn)象“有所懷疑”.如果先通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明木塊與木板之間的確存在著摩擦生熱現(xiàn)象，然后再?gòu)睦碚撋霞右苑治觯瑢W(xué)生更容易接受，也更能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

實(shí)驗(yàn)器材：長(zhǎng)木板，木塊，溫度傳感器，數(shù)據(jù)采集器，計(jì)算機(jī).

實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 當(dāng)木塊與木板之間發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，木塊與木板之間便產(chǎn)生摩擦生熱.將溫度傳感器固定在木塊上，通過(guò)數(shù)據(jù)采集器，便在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示木塊或木塊周圍溫度的變化情況.

實(shí)驗(yàn)步驟:

(1)如圖1(a)所示，將溫度傳感器固定在泡沫板上，用雙面膠將泡沫板與木塊相連，傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連.

(2)如圖1(b)所示，將帶有溫度傳感器的木塊放在木板上，用手推連著木塊的泡沫板，使木塊在木板上滑動(dòng).

圖1

(3)如圖2所示，在計(jì)算機(jī)上顯示了木塊或木塊周圍的溫度隨時(shí)間的變化情況.

圖2 摩擦生熱溫度-時(shí)間關(guān)系圖

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在計(jì)算機(jī)屏幕上顯示的溫度隨時(shí)間的變化情況如圖2所示，傳感器周圍溫度的升高說(shuō)明由于木塊與木塊之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，產(chǎn)生了摩擦生熱現(xiàn)象.

實(shí)驗(yàn)案例2：紅外線的熱效應(yīng)

實(shí)驗(yàn)背景：人教版教材在介紹電磁波譜內(nèi)容時(shí)，介紹了紅外線的產(chǎn)生原理及主要的應(yīng)用.紅外線在日常生活中有很多應(yīng)用，例如紅外線遙控、紅外線探測(cè)等.但是，紅外線是肉眼觀察不到的，學(xué)生在學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容的時(shí)候，感覺比較抽象；利用高中階段的實(shí)驗(yàn)儀器很難觀察到紅外線的熱效應(yīng).在課堂教學(xué)的過(guò)程中，可利用DIS實(shí)驗(yàn)使學(xué)生認(rèn)識(shí)和感受紅外線.

實(shí)驗(yàn)器材：空調(diào)遙控板,溫度傳感器,數(shù)據(jù)采集器及計(jì)算機(jī).

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?利用空調(diào)遙控板發(fā)出的紅外線使溫度傳感器的溫度升高.

實(shí)驗(yàn)步驟:

(1)如圖3(a)所示，將溫度傳感器插入到泡沫板中，在泡沫板的一端露出其感光部分，使其與數(shù)據(jù)采集器相連.

圖3

(2)如圖3(b)所示，將空調(diào)遙控板的光線發(fā)射部分對(duì)著溫度傳感器，在計(jì)算機(jī)顯示屏上觀察溫度傳感器的溫度隨時(shí)間的變化情況.

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：如圖4所示，計(jì)算機(jī)顯示屏上觀察溫度傳感器的溫度隨時(shí)間緩慢升高，紅外線具有熱效應(yīng).

圖4 紅外線的熱效應(yīng)

2 利用DIS實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生操作興趣

教育家蘇姆林斯基說(shuō)過(guò)：“學(xué)習(xí)興趣是學(xué)習(xí)活動(dòng)的重要?jiǎng)恿?”建構(gòu)主義認(rèn)為學(xué)生不是被動(dòng)的接收者，而應(yīng)是主動(dòng)地、積極地對(duì)課程進(jìn)行學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)該是一個(gè)主動(dòng)的探究者.有些課堂中的演示實(shí)驗(yàn)需要由教師完成，但有些演示實(shí)驗(yàn)可以由學(xué)生完成.對(duì)于有些可以用DIS工具來(lái)完成的演示實(shí)驗(yàn)，由于便于操作，而且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，可由學(xué)生來(lái)完成.DIS為激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作興趣提供了新的平臺(tái).

實(shí)驗(yàn)案例3：探究作用力與反作用力的關(guān)系

實(shí)驗(yàn)背景：牛頓運(yùn)動(dòng)定律是整個(gè)經(jīng)典力學(xué)中的基礎(chǔ)，舊教材中“探究作用力與反作用力之間的關(guān)系”是一個(gè)演示實(shí)驗(yàn).牛頓第三定律理論難度不大，為學(xué)生提供了一個(gè)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的好機(jī)會(huì).同時(shí)，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中也可熟悉并練習(xí)使用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng).

實(shí)驗(yàn)器材：力傳感器2個(gè)，小車1輛，鉤碼，數(shù)據(jù)采集器及計(jì)算機(jī).

實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 通過(guò)力傳感器探究靜止?fàn)顟B(tài)、水平運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、豎直運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下作用力與反作用的關(guān)系.

實(shí)驗(yàn)步驟:

(1)探究靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)物體間的作用力與反作用力

如圖5所示，取A，B兩只力傳感器，使兩掛鉤鉤住，兩手以不同力分別拉A，B兩傳感器.經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，在計(jì)算機(jī)上顯示了兩傳感器的的相互作用力FA與FB隨時(shí)間變化的圖線，如圖6所示.

圖5 靜止的兩個(gè)力傳感器

圖6 靜止時(shí)物體間的作用力與反作用力

(2)探究沿水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)物體間作用力與反作用力

如圖7所示，將A，B兩只力傳感器，用兩掛鉤鉤住，其中B固定在一塊小木塊上，用手拉A使木塊運(yùn)動(dòng).拉動(dòng)木塊時(shí)，既有加速過(guò)程，又有勻速過(guò)程和減速過(guò)程.通過(guò)傳感器，在計(jì)算機(jī)上顯示了兩傳感器的的相互作用力FA與FB隨時(shí)間變化的圖線，如圖8所示.

圖7 水平方向運(yùn)動(dòng)的兩傳感器

圖8 水平方向運(yùn)動(dòng)時(shí)物體間的作用力與反作用力

(3)探究沿豎直方向運(yùn)動(dòng)時(shí)物體間作用力與反作用力

圖9 豎直方向運(yùn)動(dòng)的兩傳感器

如圖9所示，將A，B兩只力傳感器，用兩掛鉤鉤住，其中B下方掛上鉤碼，用手拉A使傳感器向上運(yùn)動(dòng).拉動(dòng)木塊時(shí)，既有加速過(guò)程，又有勻速過(guò)程和減速過(guò)程.通過(guò)傳感器，在計(jì)算機(jī)上顯示了兩傳感器的的相互作用力FA與FB隨時(shí)間變化的圖線，如圖10所示.

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：無(wú)論兩物體是靜止?fàn)顟B(tài)，還是水平運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，亦或豎直運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，也不論兩物體做勻速直線運(yùn)動(dòng)，還是加速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)，作用力與反作用力總是大小相等，方向相反.

3 實(shí)踐反思

3.1 實(shí)驗(yàn)的實(shí)效性

興趣是產(chǎn)生動(dòng)機(jī)的重要條件，學(xué)生只有對(duì)學(xué)習(xí)的對(duì)象發(fā)生了興趣，才能提高學(xué)習(xí)的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性.興趣可分為直接興趣和間接興趣，這兩種興趣在一定的條件下可相互轉(zhuǎn)化.如果沒有直接興趣，學(xué)習(xí)將會(huì)枯燥無(wú)味；如果沒有間接興趣，學(xué)生往往不能在學(xué)習(xí)的過(guò)程中保持毅力和恒心.因此，更需要關(guān)注的是如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的直接興趣，然后過(guò)渡到間接興趣.這就要求在實(shí)驗(yàn)的教學(xué)過(guò)程中，不僅讓學(xué)生看實(shí)驗(yàn)，而且要讓學(xué)生做實(shí)驗(yàn)；不僅讓學(xué)生注意一些奇特的現(xiàn)象，更要讓學(xué)生體會(huì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程；不僅讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)的成功，也要讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中的艱辛.

利用DIS的微信號(hào)放大功能，使日常生活中的“不可見”為“可見”，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣.有人說(shuō)“我聽了，忘記了；我看了，記住了；我做了，理解了.”這句話很好地概括了實(shí)驗(yàn)與掌握知識(shí)的關(guān)系.學(xué)生通過(guò)切身實(shí)踐，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣，主動(dòng)去探索并獲取新知識(shí)，通過(guò)這樣的途徑所獲取的知識(shí)是非常牢固的.

演示實(shí)驗(yàn)的操作者主要是教師，但在實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)單、易行、成功率高的前提下，也可以讓學(xué)生參與操作或單獨(dú)操作或小組操作.教師操作與學(xué)生操作相比，學(xué)生操作更能激發(fā)參與者的操作興趣，能調(diào)動(dòng)更多學(xué)生的積極性，引發(fā)學(xué)生的思維碰撞.

3.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)置階段

(1)激發(fā)學(xué)生興趣的DIS實(shí)驗(yàn)，在教學(xué)設(shè)計(jì)上主要設(shè)置在課題的引入階段，利用DIS實(shí)驗(yàn)引起學(xué)生的認(rèn)知沖突，激勵(lì)學(xué)生的求知欲.這種引入性實(shí)驗(yàn)要求簡(jiǎn)單易操作，而且現(xiàn)象新奇、有趣、生動(dòng).例如溫度傳感器顯示的摩擦生熱現(xiàn)象，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察到日常生活中觀察不到的現(xiàn)象，必然會(huì)激發(fā)起學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望,再?gòu)睦碚撋线M(jìn)行推導(dǎo)，進(jìn)而提高學(xué)習(xí)的效果，其具體流程如圖11所示.

圖11

(2)學(xué)生參與操作的DIS實(shí)驗(yàn)往往設(shè)置在實(shí)驗(yàn)規(guī)律的探究階段，需要通過(guò)學(xué)生的探究得出某些物理規(guī)律或結(jié)論；但通過(guò)實(shí)驗(yàn)需要得到怎么樣的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，學(xué)生是未知的(包括操作實(shí)驗(yàn)的學(xué)生).因此在學(xué)生操作實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，教師要加強(qiáng)對(duì)學(xué)生需觀察“什么現(xiàn)象”的引導(dǎo).例如“探究作用力與反作用力”實(shí)驗(yàn)中，教師可設(shè)問(wèn)：請(qǐng)大家根據(jù)屏上的圖像，總結(jié)(當(dāng)兩物體靜止，水平方向、豎直方向分別做加速、勻速、減速時(shí))作用力與反作用力存在怎么樣的關(guān)系？”

3.3 保證實(shí)驗(yàn)成功的注意點(diǎn)

(1)學(xué)生能正確使用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是使用現(xiàn)代化工具處理物理問(wèn)題的一種能力，故應(yīng)該在學(xué)期開始時(shí)開設(shè)一堂專門介紹DIS的實(shí)驗(yàn)課，向?qū)W生介紹DIS的含義、構(gòu)成及使用方法，并通過(guò)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)的操作使學(xué)生熟悉DIS.

(2)學(xué)生操作的演示實(shí)驗(yàn)只適用于簡(jiǎn)單易行、成功率高的演示實(shí)驗(yàn).

參考文獻(xiàn)

1 Limon M. On Cognitive Conflict as an Instructional Strategy for Conceptual Change：A Critical Appraisal. Learning and Instruction，2001 (11)：357～380

2 蔡鐵權(quán)，臧文彧，姜旭英.科學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與研究. 上海：華東師范大學(xué)出版社，2008.4～5